által Jose Alarco Peter Talbot , A Beszélgetés
Az akkumulátorok ma annyira mindenütt jelen vannak, hogy szinte láthatatlanok számunkra. Mégis figyelemre méltó találmány, hosszú és legendás történelemmel, és ugyanilyen izgalmas jövővel.,
az akkumulátor lényegében olyan eszköz, amely tárolja a villamos energiává átalakított kémiai energiát. Alapvetően az akkumulátorok kis kémiai reaktorok, a reakció energiájú elektronokat termel, amelyek készen állnak a külső eszközön történő áramlásra.
Az elemek már régóta velünk vannak. 1938-ban a bagdadi Múzeum igazgatója megtalálta azt, amit ma “Bagdadi akkumulátornak” neveznek a múzeum alagsorában. Az elemzés 250 körül készült, és mezopotámiai eredetű.,
A vita körülveszi az akkumulátor legkorábbi példáját, de a javasolt felhasználások közé tartozik a galvanizálás, a fájdalomcsillapítás vagy a vallási bizsergés.
Benjamin Franklin amerikai tudós és feltaláló először 1749-ben használta az “akkumulátor” kifejezést, amikor villamos energiával kísérletezett kapcsolt kondenzátorok segítségével.
Az első valódi akkumulátort Alessandro Volta olasz fizikus találta fel 1800-ban. Volta halmozott lemezek réz (Cu) és cink (Zn) elválasztva ruhával átitatott sós vízben.
a köteg mindkét végéhez csatlakoztatott vezetékek folyamatos stabil áramot hoztak létre., Minden cella (egy Cu-és egy Zn-lemez és a sóoldat halmaza) 0,76 Voltot (V) termel. Ennek az értéknek a többszörösét a halmozott cellák száma adja meg.
az egyik legtartósabb elemet, az ólom-sav akkumulátort 1859-ben találták fel, és ma is ezt a technológiát használják a legtöbb belső égésű motorkocsi elindításához. Ez az újratölthető akkumulátor legrégebbi példája.,
a Mai akkumulátorok számos méretben, a nagy Megawattos méretben, amely tárolja az energiát a napelem-farmok vagy alállomások, hogy garantálja a stabil kínálat egész falvakat vagy szigetek, egészen apró elemeket, mint azokat, amelyeket az elektronikus órák.
Az akkumulátorok különböző kémiákon alapulnak, amelyek alapvető cellás feszültségeket generálnak általában az 1,0-3,6 V tartományban. A cellák sorba rakása növeli a feszültséget, míg a párhuzamos csatlakozás növeli az áramellátást., Ezt az elvet arra használják, hogy a szükséges feszültségeket és áramokat, egészen a Megawatt méretig összeadják.
most sok várakozás, hogy az akkumulátor technológia, hogy még egy ugrás, új modellek kidolgozása elég tárolási kapacitás termelt energiát a hazai napenergia vagy szélenergia rendszerek aztán hatalom egy otthon kényelmesebb (általában éjszaka) alkalommal egy pár napra
Hogyan akkumulátorok?
amikor az akkumulátor lemerül, a kémiai reakció során néhány extra elektron keletkezik., Az elektronokat előállító reakció egyik példája a vas oxidációja rozsda előállításához. A vas reakcióba lép az oxigénnel, és elektronokat ad az oxigénnek, hogy vas-oxidot termeljen.
az akkumulátor szabványos felépítése két különböző kémiai potenciállal rendelkező fém vagy vegyület használata, valamint porózus szigetelővel történő elválasztása. A kémiai potenciál a vegyületek atomjaiban és kötéseiben tárolt energia, amelyet ezután a mozgó elektronokhoz továbbítanak, amikor ezek a csatlakoztatott külső eszközön keresztül mozoghatnak.,
egy vezető folyadékot, például sót és vizet használnak az oldható ionok egyik fémből a másikba történő átvitelére a reakció során, amelyet elektrolitnak neveznek.
azt a fémet vagy vegyületet, amely a kisülés során elveszíti az elektronokat, anódnak nevezzük, az elektronokat elfogadó fémet vagy vegyületet pedig katódnak. Ez az elektronok áramlása az anódról a katódra a külső kapcsolaton keresztül az, amit elektronikus eszközeink futtatásához használunk.,
elsődleges vs újratölthető elemek
amikor az elektronok áramlását előidéző reakciót nem lehet megfordítani, az akkumulátort elsődleges akkumulátornak nevezik. Amikor az egyik reagens fogyasztódik, az akkumulátor lapos.
a leggyakoribb primer elem a cink-szén akkumulátor. Megállapítást nyert, hogy amikor az elektrolit alkáli, az elemek sokkal hosszabb ideig tartottak. Ezek az alkáli elemek, amelyeket a szupermarketből vásárolunk.
az ilyen elsődleges akkumulátorok ártalmatlanításának kihívása az volt, hogy megtalálják a módját, hogy újra felhasználják őket az akkumulátorok újratöltésével., Ez egyre fontosabbá válik, mivel az akkumulátorok egyre nagyobbak lesznek, és gyakran cserélni őket nem kereskedelmi szempontból életképes.
az egyik legkorábbi újratölthető elem, a nikkel-kadmium akkumulátor (NiCd) szintén lúgot használ elektrolitként. 1989-ben nikkel-fém hidrogén elemeket (NiMH) fejlesztettek ki, amelyek élettartama hosszabb volt, mint a NiCd akkumulátorok.
Az ilyen típusú akkumulátorok töltés közben nagyon érzékenyek a túltöltésre és a túlmelegedésre, ezért a töltési sebesség a maximális sebesség alatt van szabályozva. A kifinomult vezérlők felgyorsíthatják a töltést anélkül, hogy kevesebb, mint néhány órát vennének igénybe.,
a legtöbb más egyszerűbb töltőben a folyamat általában egy éjszakán át tart.
A hordozható alkalmazások – például a mobiltelefonok és a laptopok-folyamatosan keresik a maximális, legkompaktabb tárolt energiát. Bár ez növeli az erőszakos lemerülés kockázatát, az Általános kis formátum miatt kezelhető a mobiltelefon-akkumulátorok jelenlegi sebességkorlátozóival.
de mivel az akkumulátorok nagyobb alkalmazásait tervezik, a nagy formátumú biztonság és a nagy mennyiségű cellák fontosabbá váltak.,
Első nagy ugrás előre: lítium-ion akkumulátorok
az új technológiák gyakran kompaktabb, nagyobb kapacitású, biztonságos, újratölthető elemeket igényelnek.
1980-ban John Goodenough amerikai fizikus professzor feltalált egy új típusú lítium akkumulátort, amelyben a lítium (Li) az egyik elektródról a másikra Li+ ionként vándorolhat az akkumulátoron keresztül.,
A lítium a periódusos rendszer egyik legkönnyebb eleme, és az egyik legnagyobb elektrokémiai potenciállal rendelkezik, ezért ez a kombináció a lehető legnagyobb feszültséget hozza létre a legkompaktabb és legkönnyebb térfogatokban.
Ez a lítium-ion akkumulátor alapja. Ebben az új akkumulátorban a lítiumot egy átmeneti fém – például kobalt, nikkel, mangán vagy vas – és oxigén-kombinálják a katód kialakításához. Feszültség alkalmazása során a katódból a pozitív töltésű lítium-ion átkerül a grafit anódra, és lítium-fémdé válik.,
A második nagy ugrást: nano technológia
attól Függően, hogy az átmeneti fém használt lítium-ion akkumulátor, a sejt lehet nagyobb a kapacitása, de lehet több reaktív, valamint fogékony a jelenséget termikus szökött.,
a Sony által az 1990-es években gyártott lítium-kobalt-oxid (LiCoO2) akkumulátorok esetében ez sok ilyen elem tüzet okozott. Az a lehetőség, hogy az akkumulátor katódokat nanoméretű anyagból készítsék, ezért reaktívabb volt a kérdés.
de az 1990-es években Goodenough ismét hatalmas ugrást tett az akkumulátor technológia bevezetésével egy stabil lítium-ion katód alapú lítium-vas-foszfát.
Ez a katód termikusan stabil., Ez azt is jelenti, hogy a nanoméretű lítium-vas-foszfát (LiFePO4) vagy lítium-ferrofoszfát (LFP) anyagok biztonságosan nagy formátumú cellákká alakíthatók, amelyek gyorsan feltölthetők és lemeríthetők.
számos új alkalmazás létezik ezekre az új cellákra, az elektromos szerszámoktól a hibrid és elektromos járművekig. Talán a legfontosabb alkalmazás a háztartási villamos energia tárolása a háztartások számára.,
elektromos autók
a járművek új akkumulátorformátumának gyártásában vezető szerepet tölt be a Tesla electric vehicle company, amelynek tervei vannak” Giga-üzemek ” építésére ezen elemek gyártásához.
a Tesla Model s lítium akkumulátorának mérete lenyűgöző 85kwh.,
Ez is több, mint elegendő a hazai háztartási igényekhez, ezért olyan sok spekuláció történt arról, hogy a Tesla alapítója, Elon Musk mit készül felfedni ezen a héten.
a moduláris akkumulátor kialakítás olyan akkumulátorformátumokat hozhat létre, amelyek kissé felcserélhetők, és mind a jármű, mind a hazai alkalmazások számára alkalmasak újratervezés vagy rekonstrukció nélkül.
talán hamarosan tanúi lehetünk az energiatermelés és-tárolás következő generációs változásának, amelyet a szerény akkumulátor folyamatosan javuló képességei vezérelnek.,